NIO界最強“Hello World”,不服來辯！！！

大家好，我是威哥，《RocketMQ技術內幕》一書作者，榮獲RocketMQ官方社區優秀布道師、CSDN2020博客執之星Top2等榮譽稱號，目前擔任中通快遞技術平臺部資深架構師，主要負責全鏈路壓測、訊息中間件、資料同步等產品的研發與落地，擁有千億級訊息集群的運維經驗，不僅實踐經驗豐富，而且對其源代碼有深入且系統的研究，歡迎大家關注我，一起抱團發展，

1、主從多Reactor模型

不知道大家有沒有發現面向網路編程的框架都非常突出執行緒模型，其實也不難理解，因為網路編程是IO密集型，合理使用執行緒對提高性能有著非常顯著的作用，

在網路編程模型中，有一個非常經典的執行緒模型：主從多Reactor模型，其示意圖如下所示：

我們首先簡單介紹一下上圖中涉及的幾個重要角色：

• Acceptor

  請求接收者，在實踐時其職責類似服務器，并不真正負責連接請求的建立，而只將其請求委托 Main Reactor 執行緒池來實作，起到一個轉發的作用，

• Main Reactor
  主 Reactor 執行緒組，主要負責連接事件，并將IO讀寫請求轉發到 SubReactor 執行緒池，當然在一些需要對客戶端進行權限控制等場景下，權限校驗的職責可以放到 Main Reactor 執行緒池，即 Main Reactor 也可以注冊通道的讀寫事件，讀取客戶端權限校驗相關的資料包，執行權限驗證，權限驗證通過后再將2通道注冊到IO執行緒，

• Sub Reactor
  Main Reactor 通常監聽客戶端連接后會將通道的讀寫轉發到 Sub Reactor 執行緒池中一個執行緒(負載均衡)，負責資料的讀寫，在 NIO 中 通常注冊通道的讀(OP_READ)、寫事件(OP_WRITE)，

上面的圖非常經典，除了介紹了執行緒模型相關知識外，其實還羅列出了網路通信的核心步驟：

• 編碼/解碼(通信協議)
• 認證授權
• 網路讀、寫
• 業務邏輯處理執行緒池

上述的執行緒模型非常經典，那我們能否基于NIO，來模擬實作上面的執行緒模型呢？

2、基于NIO實作主從多Reactor模型

我聽一個技術圈大佬對我說過這樣一句話：NIO是一名程式員進階的第一個門檻，也是必需跨過的門檻，

筆者將嘗試用NIO實作Reactor模型，成為NIO界最強的"Hello Wold"，

為了接下來的代碼進行展示與講解，首先先羅列出其核心類圖：

各個類的職責說明情況如下：

• Acceptor

  服務端接收器，主要系結埠，將ServerSocketChannel轉發到MainReactor，及主從多Reactor模型中的主Reactor中，如果服務端系結多個埠，則會創建多個ServerSocketChannel，但通常情況只會系結到一個埠，

• MainReactor
  主Reactor，主要承擔接受客戶端的連接請求，即主要負責OP_ACCEPT事件的處理，并將創建的連接(SocketChannel)轉發到從Reactor執行緒組，由其處理讀寫事件，

• SubReactorThreadGroup
  從Reactor執行緒組，維護多個Reactor執行緒，并提供負載均衡，

• SubReactorThread

  從Reactor，主要負責IO讀寫，俗稱IO執行緒，

在上原始碼之前我們再來看一下整個示例到時序圖：

核心的關鍵點如下：

• Acceptor主要是創建ServerSocketChannel，然后轉發給MainReactor
• MainReactor中維護一個NIO Selector事件選擇器，注冊OP_ACCEPT事件，每處理一個OP_ACCEPT，表示一個新的客戶端連接，在服務端會創建一個SocketChannel物件，接著將該物件轉發到從Reactor，
• SubReactorThreadGroup
  主從多Reactor模型中的從Reactor組，包含多個從Reactor執行緒，新的連接會進行負載均衡，選擇其中一個Reactor來處理特定的SocketChannel，
• SubReactorThread
  從Reactor執行緒，會維護一個Nio Selector，會將SocketChannel注冊到該事件選擇器，處理讀、寫請求，一個Selector中會包含多個Channel(SocketChannel)，但一個SocketChannel在其生命周期中只會注冊到一個Selector，這樣可以簡化處理模型，

程式員希望不服就干，接下來我將展示基于NIO實作多Reactor的代碼，應該是全網目前第一個直接用代碼實作，

溫馨提示：為了便于排版，本文中的代碼統一用截圖進行展示，代碼獲取方式：私信回復 reactorcode 即可獲取，

2.1 Acceptor代碼實作

Acceptor代碼實作如下：

Acceptor代碼實作比較簡單，就是利用NIO提供的API創建ServerSocketChannel，并設定為非阻塞模式，并呼叫bind方法系結埠，然后轉發到MainReactor中，

2.2 MainReactor代碼實作

MainReactor代碼實作如下圖所示：

代碼實作要點：

• 創建Selector選擇器物件，并注冊OP_ACCEPT事件，用于監聽客戶端的鏈接
• 創建從Reactor執行緒組
• NIO事件選擇經典使用方法，通過回圈呼叫selector的select方法，此方法會回傳當前就緒的事件,例如讀事件就緒，表明此時呼叫該通道的網路讀API，一定會回傳有效資料
• 如果當前事件是OP_ACCEPT,則呼叫ServerSocketChannel的accept方法，創建一個SocketChannel物件，并轉發到從Reactor執行緒組中，

2.3 SubReactorThreadGroup代碼實作

SubReactorThreadGroup的角色是充當從Reactor執行緒組，其代碼實作如下圖所示：

主要的關鍵點如下：

• 內部持有一個業務執行緒池，用于執行業務邏輯，可類比Dubbo中的用于執行服務提供這各個Service的業務代碼
• 通過next()進行負載均衡，選擇一個從Reactor，
• 這里使用了NioTask，主要是因為Selector雖然是執行緒安全的，但其內部持有的Key Set是執行緒不安全的，故這里為保證Selector的現執行緒安全性，selector的任何方法只會在從Reactor執行緒中執行，這里只是添加到任務佇列中，最侄訓由從Reactor執行緒去執行，

2.4 SubReactorThread代碼實作

該類是從Reactor到核心邏輯，接下來將詳細介紹其實作，

主要是提供增加IO讀寫任務(NioTask)添加到任務佇列中，并在執行業務邏輯時轉發到業務執行緒池，

接下來詳細介紹SubReactorThread到run方法實作，重點關注讀寫事件的處理流程，

Step1：NIO事件處理的核心要點：

• 事件選擇器的常用套路，呼叫select進行事件就緒選擇，然后遍歷就緒集合，

• 如果事件型別為寫事件，直接將資料通過呼叫通道的write方法將資料寫入到網路，這里的核心關鍵點：

  呼叫SocketChannel的write方法會回傳本次寫入的位元組數，如果等于0，并且資料還未全部寫入，則說明寫入快取區已滿，需要再次注冊寫事件，

• 如果事件型別為讀事件，呼叫SocketChannel的read方法將從網路中讀取資料，這里有幾個側重點需要說明：

  • 一次read讀取有可能并沒有完整奪取一個請求，該方法可以呼叫多次，當回傳0時可以停止繼續讀取，
  • read方法將資料讀取到ByteBuffer(快取區)，如何從快取區中讀取一個完整的請求是關鍵，因為該快取區中可能包含一個請求，也可以包含多個，這里的解決方案就是：編碼、解碼，關于這部分內容，大家可以參考文章：https://mp.weixin.qq.com/s/GDyG7wWLU5YijKvhFwljXg

• 經過解碼，從請求流中解碼一個請求后，將請求轉發到業務執行緒池，

處理完事件選擇相關的任務后，開始執行應用程式的任務，例如讀事件注冊、寫操作，這里的關鍵點是呼叫SocketChannel的write方法會回傳本次寫入的位元組數，如果等于0，并且資料還未全部寫入，則說明寫入快取區已滿，需要再次注冊寫事件，否則應該取消寫事件，

2.5 代碼獲取

代碼不利于排版，故本文中的代碼全部使用截圖，原始碼的獲取方式：私信回復：reactorcode 即可獲取，

好了，本文就介紹到這里了，一鍵三連(關注、點贊、留言)是對我最大的鼓勵，

掌握一到兩門java主流中間件，是敲開BAT等大廠必備的技能，送給大家一個Java中間件學習路線，助力大家早日進入互聯網大廠，

Java進階之梯，成長路線與學習資料，助力突破中間件領域

最后分享筆者一個硬核的Netty電子書，您將獲得通過提問方式學習Netty電子書，

獲取方式：私信回復nettypdf即可獲取，

個人網站：https://www.codingw.net